素混凝土桩在石家庄生产基地复合地基处理中的应用

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摘要：素混凝土桩复合地基是利用混凝土桩间土和桩以及褥垫层共同作用的一种刚性复合地基，因其施工设备行走灵活，成桩速度快，对地层的适应性强，能够避免砂土、软土成桩缩径、断桩施工质量，并解决了泥桨污染环境问题等特点，同时降低造价，越来越来多被应用于复合地基处理。

关键词：素混凝土桩；褥垫层；刚性复合地基

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

概述

复合地基的处理方法因工程所在地质差异性不同越发多样化，也衍生出从柔性到半刚性，再到刚性复合地基的分类。素混凝土桩是刚性复合地基处理中的一种，其是利用长螺旋钻机设备成孔，成孔后自空心钻杆向孔内泵送压入低强度混凝土，边提钻杆直到成桩的一种施工工艺，通过其处理的复合地基承载力可大幅提高。

1、素混凝土桩复合地基的设计

素混凝土桩其处理的复合地基承载力通过试验确定或按下式计算

fsp，k=m*a*R/(γ0*Ap)+β(1-m)fk

式中：fsp，k―复合地基承载力标准值（Kpa）；m―面积置换率；a―单桩承载力发挥系数，可取a=0.7～1.0,当基底面积较大、桩长较短、满堂布桩、桩距较小、褥垫层厚时可取较低值，反之可取较高值。 R―复合地基单桩竖向承载力标准值（KN）；γ0―复合地基重要性系数，按下面安全等级划分标准确定，对于一、二、三级建筑物分别取1.1、1.0、0.9；当上部结构内力分析中所考虑的γ0计算不一致时，应取此处γ0与上部结构γ0值的比值；Ap―桩身截面积（m2）；β―桩间土强度发挥系数，宜取0.75～1.0，对变形要求较严的建筑物宜低值，一般建筑可取较高值。 fk―天然地基承载力标准值（Kpa）

建筑复合地基安全等级：

按上式计算的复合地基，另需对复合地基的变形模量、地基变形、沉降按地基规范进行验证计算，若有软弱下卧层进需对软弱下卧层的承载力进行验算.

桩身承载力进行按此式计算：R=Quk/γsp

式中：γsp为调整系数，当采用现场静载试验确定Quk时取γsp=1.65,当利用承载力经验参数估算时取γsp=1.70

Quk按下式确定：Quk=up∑qsik*li+qpk*Ap

式中：Quk为单桩竖向极限承载力标准值；up为桩身截面周长；qsik为桩侧第i层土极限侧阻力标准值；qpk桩端土极限端阻力标准值；li为第i层的土层厚度；Ap是桩端底面积。

桩身的轴压力需符合此式：γ0*R≤ψc *fc* Ap

式中：ψc长螺旋钻孔灌注混凝土桩施工工艺系数，无地下水是取0.9，有地下水时取0.8；fc为混凝土轴心抗压强度的设计值；Ap同上。

桩的布置一般按大于3倍桩径设计桩间距。具体按正三角形还是按长方形布置，根据轴力和基础大小而定，要求基础将所有桩尽量框在内。桩用混凝土宜用C10～C25等级。

为调整桩土应力比，减少桩头应力集中，利于桩土间承载力发挥，需设置桩顶褥垫层。褥垫层厚度宜为100～300mm，当承担较多荷载是取高值，较低荷载时取低值；褥垫层压实系数≥0.9。褥垫层的材料宜选用中、粗砂、碎石、级配砂石，其中碎石、级配砂厂最大粒径≤30mm。

适用条件

素混凝土桩适用于粉土、粘性土、砂性土及人回填土的地基处理，对于下部有地下水的情况也可使用。

桩尖持力层的天然地基承载力不宜低于150kpa，厚度不宜小于2m，且被加固的土体的天然地基承载力不宜低于80kpa。

工程应用

石家庄生产基地二期工程位于石家庄市高新区珠江大道与太行大街交叉口东南，交通便利，拟建场地地貌单元属太行山山前冲洪积平原，地形平坦，整个项目用地562520平米，总建筑面积共计70万平米，由生产车间、仓库、配套设施等共计23个单体。

地质和水文情况

地勘报告显示：在最大深度20.0m内，地基土主要由粉土、粉质粘土、及砂类土等构成，其工程地质特性，共5层，详下表：

三、本项目的素混凝土桩设计

由于原地基承载力严重不足，需进行复合地基处理，使得处理后的地基承载力达到320kpa，采用素混凝土桩复合地基方案，通过计算，方案如下：

1、素砼桩桩径400mm，面积置换率不小于7.43％。

2、14个单体建筑需要实施素混凝土桩复合地基处理方案，均是超长大体量的2―3层框架砼结构厂房和仓库建筑，总计桩数量36993根，桩尖持力层为中砂层。根据各单体地质情况不同有效桩长不等，有12.3m，12.4m、13.0m三种，有效桩顶标高-2.80m，施工桩长应高出有效桩长500。剖面示意图见下：

3、桩位偏差不大于0.4D,垂直度偏差小于1％，桩径负偏差不大于20mm；

4、混凝土强度采用C20，坍落度18-22cm，粗骨料最大粒径不宜大于20mm；

5、桩顶褥垫层要求：

5.1 褥垫层材料为粒径为5-10mm的碎石最大粒径≯30mm。

5.2 褥垫层厚度200mm,宽度自素混凝土垫层外缘外扩200mm，褥垫层的夯填度要求不大于0.9。

四、施工工艺

工艺流程和施工机具

施工机具采用宜采用长螺旋钻孔机械。

2操作工艺

2.1成孔：就位钻机后即可钻孔，成孔后应对孔位、孔深及垂直度进行检查。

2.2材料准备：采用商用砼，坍落度18-22cm，粗骨料最大粒径不宜大于20mm。

2.3灌注或泵压成桩：通过钻机自带的钻压力设备向孔内灌入砼成桩，成桩后应检查成桩质量。

3、质量标准

素混凝土桩复合地基的质量检验标准按下表检查。

素混凝土桩复合地基质量检验标准

4 质量记录

4.1水泥、商品砼出厂合格证及复检报告

4.2施工记录

4.3施工记录、复合地基承载力检测报告

4.4施工布置示意图。

五、结束语

施工完毕，单桩复合地基检测报告显示承载力350―370kpa不等，均达到了设计的承载力要求，并通过低应变桩身完整性检测，小应变检测桩身完整性符合要求。

素混凝土桩复合地基施工速度快、投资少，污染少，且处理后地基承载能力大幅提高，可达2―3倍，在该项目上的成功应用再一次证明该方法是一项值得推广的、有效的施工技术。

参考资料：

[1]、长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基技术规程(DB13(J)31-2001);

[2]、素混凝土桩复合地基工程实践，孟非、熊巨化、杨敏，《四川建筑科学研究》2004年6月第2期P53-55。

[3]、石家庄格力电器工业园二期工程岩土工程勘察报告，中铁(石家庄)设计研究院有限公司

[4]、素混凝土桩复合地基的应用实例，林朝 《中国新产品技术》2010年第11期

[5]、建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002);

[6]、建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002);